JP6552497B2 - An improved process for producing magnetic monodisperse polymer particles - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマーシード粒子から出発する単分散ポリマー粒子の製造に関する。本明細書では、磁性ポリマー粒子を製造する簡便化されたプロセスを開示し、本プロセスは、(a)以下の成分：ラジカル重合可能な液体モノマー、前記モノマーに可溶性のラジカル開始剤、立体安定剤、及び前記モノマーと混和性(miscible)のキャリヤ流体中に界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子を含む磁性流体(ferrofluid)、を含む組成物を提供する；(b)前記モノマーと不混和性である極性溶媒、及び工程(a)の組成物、からエマルションを調製する；(c)シードポリマー粒子を前記エマルションに添加し、混合してシードエマルションを形成し、このシードエマルションをインキュベートすることにより、前記シードポリマー粒子を膨潤させる；(d)前記ラジカル開始剤を活性化して、膨潤した前記シードポリマー粒子中のモノマーを重合する；工程を含み、これにより磁性ポリマー粒子を製造する。本プロセスの結果として、単分散磁性粒子を提供することができる。粒子は、磁性材料が均一分散すること、及び磁鉄鉱の浸出が存在しないことを特徴とする。磁性粒子は、微生物学及び分子生物学での選択的細胞分離及び免疫磁気分離などに広く使用されている。 The present invention relates to the production of monodisperse polymer particles starting from polymer seed particles. This specification discloses a simplified process for producing magnetic polymer particles, the process comprising (a) the following components: a liquid monomer capable of radical polymerization, a radical initiator soluble in said monomer, a steric stabilizer. And a composition comprising a ferrofluid comprising colloidal magnetic particles coated with a surfactant in a carrier fluid miscible with said monomer; (b) immiscible with said monomer Preparing an emulsion from a polar solvent and the composition of step (a); (c) adding seed polymer particles to the emulsion, mixing to form a seed emulsion, and incubating the seed emulsion, Swelling the seed polymer particles; (d) activating the radical initiator to polymerize the monomers in the swollen seed polymer particles. Process to produce magnetic polymer particles. As a result of this process, monodisperse magnetic particles can be provided. The particles are characterized by the homogeneous dispersion of the magnetic material and the absence of magnetite leaching. Magnetic particles are widely used in microbiology and molecular biology, such as selective cell separation and immunomagnetic separation.
いわゆる「逐次シード乳化重合(successive seeded emulsion polymerization)」法とは、ポリマー粒子の活性化膨潤(activated swelling)法である。重要なことには、このプロセスによって予測可能な直径サイズ1〜100μmの単分散球状ビーズを製造することができる(Ugelstad J.ら、Blood Purif．11巻(1993年)349-369頁)。ポリマー粒子は、多くの異なるモノマー材料から製造することができ、マクロ多孔性構造を含む様々なモルフォロジーをもつことができる。WO2000/61647は、単分散膨潤可能なシードポリマー／オリゴマーを含む水性分散物とモノマーとを接触させ、及び立体安定剤の存在下で重合を開始することにより形成される、単分散ポリマー粒子を製造するプロセスを開示する。得られる膨潤シード粒子は、粒子モード径により特徴付けられる。 The so-called “successive seeded emulsion polymerization” method is an activated swelling method of polymer particles. Importantly, this process makes it possible to produce monodisperse spherical beads of predictable diameter 1-100 μm (Ugelstad J. et al., Blood Purif. 11 (1993) 349-369). Polymer particles can be made from many different monomeric materials and can have various morphologies, including macroporous structures. WO2000 / 61647 produces monodisperse polymer particles formed by contacting a monomer with an aqueous dispersion containing a monodisperse swellable seed polymer / oligomer and initiating polymerization in the presence of a steric stabilizer Disclose the process. The resulting swollen seed particles are characterized by a particle mode diameter.
多孔質ビーズは、たとえばビーズの細孔体積中に存在する小さな粒状物として磁性酸化鉄を含む着磁性(magnetizable)単分散ポリマー粒子の基礎を形成する。この目的のために、WO2000/61647は、膨潤及び重合工程後に続く工程として、単分散ポリマー粒子を磁性コーティングでコーティングする概念について述べている。しかしながら、US4,707,523は、特に単分散ポリスチレン微粒子の製造を開示する。例示的なプロセスでは、水、シクロヘキサン、スチレン、ジビニルベンゼン、ベンゾイルペルオキシド及びドデシル硫酸ナトリウムを含む攪拌エマルション中にシード粒子を膨潤させることによって、ポリスチレンシード粒子をより大きなサイズに成長させた。特定の時間、膨潤させた後、混合物の温度を上昇させ、これによって重合プロセスを開始し、さらに一定の時間、実施した。得られるポリスチレン微粒子を続いて濃H2SO4/HNO3でニトロ化し、これによりポリマーを-NO2(ニトロ)基で官能基化した。そのような官能基化ポリマー粒子を最終的にHClの存在下でFe粉末と反応させ、これにより鉄をニトロ基で酸化した。この反応により、ポリスチレン微粒子の表面、並びに粒子中に存在するかもしれない細孔の接近可能な表面に酸化鉄が付着することにつながる。特に、US4,707,523のプロセスは、三つの主な独立した工程：(i)単分散粒子の生成、(ii)粒子のニトロ化、及び(iii)酸化金属の付着から構成される。このニトロ化工程は、強力な薬品を使用しなければならないので、より大きなスケールで安全に日常的に合成するためにはかなり複雑な装置が必要である。 Porous beads form the basis of magnetizable monodisperse polymer particles, including, for example, magnetic iron oxide as small particulates present in the pore volume of the beads. To this end, WO2000 / 61647 describes the concept of coating monodisperse polymer particles with a magnetic coating as a step following the swelling and polymerization steps. However, US 4,707,523 discloses in particular the preparation of monodispersed polystyrene microparticles. In an exemplary process, polystyrene seed particles were grown to larger sizes by swelling the seed particles in a stirred emulsion comprising water, cyclohexane, styrene, divinylbenzene, benzoyl peroxide and sodium dodecyl sulfate. After swelling for a certain time, the temperature of the mixture was raised, thereby starting the polymerization process and running for a further period of time. The resulting polystyrene microparticles were subsequently nitrated with concentrated H 2 SO 4 / HNO 3 , thereby functionalizing the polymer with —NO 2 (nitro) groups. Such functionalized polymer particles were finally reacted with Fe powder in the presence of HCl, thereby oxidizing iron with nitro groups. This reaction leads to iron oxide adhering to the surface of the polystyrene microparticles as well as to the accessible surface of the pores that may be present in the particle. In particular, the process of US Pat. No. 4,707,523 consists of three main independent steps: (i) formation of monodisperse particles, (ii) nitration of particles, and (iii) deposition of metal oxides. Since this nitration process requires the use of powerful chemicals, a rather complex device is required for safe daily synthesis on a larger scale.
EP1391899A1は、磁性ポリマー粒子を製造する別法を開示する。最初にポリスチロール粒子などの疎水性ポリマー粒子粉末を準備する、これは逐次シード乳化重合プロセスにより単分散ポリマー粒子として得ることができる。この文書は、コロイド分散物を形成する第一工程を開示し、この分散物は、提供されたままの粒子を含み、たとえば磁性流体の形状の微細磁性材料と、ポリマー粒子に浸透し得る非極性有機溶媒をさらに含む。このように、成分を混合してコロイド分散物を形成し、これをインキュベーションすると、疎水性粉末が膨潤する。膨潤する間に、ポリマー粒子は磁性材料を吸収した。続く工程で、たとえば蒸発又は抽出によって非極性有機溶媒を除去すると、磁性材料が閉じ込められたポリマー粒子が得られる。特に、EP1391899A1は、このプロセスは繰り返し実施する必要があるかもしれないと開示している。従って、この製造プロセスは、所望の量及び／又は所望の再現性で磁性材料の取り込みを達成するために、さらなる取り組みが必要かもしれない。 EP1391899A1 discloses an alternative method for producing magnetic polymer particles. First, a hydrophobic polymer particle powder such as polystyrene particles is prepared, which can be obtained as monodisperse polymer particles by a sequential seed emulsion polymerization process. This document discloses a first step of forming a colloidal dispersion, which contains the as-provided particles, for example a micromagnetic material in the form of a ferrofluid, and a nonpolar that can penetrate polymer particles An organic solvent is further included. Thus, when the ingredients are mixed to form a colloidal dispersion and incubated, the hydrophobic powder swells. During swelling, the polymer particles absorbed the magnetic material. In a subsequent step, the nonpolar organic solvent is removed, for example by evaporation or extraction, to obtain polymer particles in which the magnetic material is entrapped. In particular, EP1391899A1 discloses that this process may need to be performed repeatedly. Thus, this manufacturing process may require further efforts to achieve the uptake of magnetic material in the desired amount and / or the desired reproducibility.
US4,339,337は、ビニル芳香族ポリマーの磁性ビーズの製造プロセスを開示し、このプロセスは、重合可能なビニル芳香族モノマーの溶液に微細磁性材料を分散させる、水中の懸濁液に得られた分散物を入れる、及び前記モノマーを重合する、工程を含む。この文献に開示された例示的なプロセスは、様々なサイズをもつ磁性粒子が生成することを示している。この文献は、単分散粒子に関しては何も書いていないようである。 US 4,339,337 discloses a process for the production of vinyl aromatic polymer magnetic beads, which is a dispersion obtained in suspension in water, in which a fine magnetic material is dispersed in a solution of polymerizable vinyl aromatic monomers. Including the steps of charging the material and polymerizing the monomer. The exemplary processes disclosed in this document show that magnetic particles of various sizes are produced. This document does not seem to write anything about monodisperse particles.
US4,358,388は、磁性ポリマーラテックスを製造するプロセスを開示する。帯磁性粒子(magnetically charged particle)を、有機的に可溶性の開始剤とビニル芳香族モノマーなどの有機モノマー成分とを含む有機相中に分散させる。この分散物を、乳化剤を含む水溶液と混合して均質化する。そして重合を実施して磁性ポリマーラテックスを形成する。一態様では、有機モノマー成分は、重合の直前又は重合の間に添加することができる。 US 4,358,388 discloses a process for producing magnetic polymer latex. Magnetically charged particles are dispersed in an organic phase comprising an organically soluble initiator and an organic monomer component such as a vinyl aromatic monomer. This dispersion is mixed with an aqueous solution containing an emulsifier and homogenized. The polymerization is then carried out to form a magnetic polymer latex. In one aspect, the organic monomer component can be added immediately before or during the polymerization.
本明細書中に報告した開示の目的は、単分散性であり、かつ規定量の磁性材料を含む磁性ポリマー粒子を製造するための、簡便で、短時間で且つ再現可能な方法であって、前記磁性材料がポリマー粒子の体積全体にくまなく均一に分散される、前記方法を確立することであった。さらに、浸出が大きく減少するか、実質的にないように磁性材料を包む磁性ポリマー粒子を提供することであった。 The purpose of the disclosure reported herein is a simple, quick and reproducible method for producing magnetic polymer particles that are monodisperse and contain a specified amount of magnetic material, It was to establish the method in which the magnetic material is uniformly dispersed throughout the volume of the polymer particles. Furthermore, it was to provide magnetic polymer particles that wrap the magnetic material such that leaching is greatly reduced or substantially absent.
本目的は、磁性ポリマー粒子を製造するための方法を提供することによって達成され、前記方法は、(a)以下の成分：ラジカル重合可能な液体モノマー、前記モノマーに可溶性のラジカル開始剤、立体安定剤、及び前記モノマーと混和性のキャリヤ流体中に界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子を含む磁性流体、を含む組成物を提供する；(b)前記モノマーと不混和性である極性溶媒、及び工程(a)の組成物、からエマルションを調製する；(c)シードポリマー粒子を前記エマルションに添加し、混合してシードエマルションを形成し、このシードエマルションをインキュベートして、前記シードポリマー粒子を膨潤させる；(d)前記ラジカル開始剤を活性化して、膨潤した前記シードポリマー粒子中のモノマーを重合する；工程を含み、これにより磁性ポリマー粒子を製造する。 This object is achieved by providing a method for producing magnetic polymer particles, the method comprising: (a) the following components: a liquid monomer capable of radical polymerization, a radical initiator soluble in the monomer, steric stability And a magnetic fluid comprising colloidal magnetic particles coated with a surfactant in a carrier fluid miscible with the monomer; (b) a polar solvent that is immiscible with the monomer; and Preparing an emulsion from the composition of step (a); (c) adding seed polymer particles to the emulsion and mixing to form a seed emulsion, incubating the seed emulsion to swell the seed polymer particles (D) activating the radical initiator to polymerize monomers in the swollen seed polymer particles; By producing magnetic polymer particles.
本明細書に開示された主たる考えは、非分岐ポリマー鎖又は分岐度が低い状態(即ち、ポリマー鎖を架橋する要素が５％(w/w)未満)のモノマーから重合した、ポリマーシード粒子を膨潤させることであり、前記シード粒子は、数(lower)μm〜nm範囲の直径をもつ。本明細書中で報告された改良プロセスは、溶媒和剤を任意に使用して、磁性重合可能な流体(好都合に選択された＜30nmの直径をもち、モノマー溶液中に懸濁された特別に安定化された超常磁性コア粒子)でシード粒子を膨潤させることを記載する。さらに大きな利点として、モノマーは二種以上の重合可能なモノマー種の混合物であり、そのうち一種は重合プロセスで架橋剤又は分岐剤として作用し得、好都合には＞5%(w/w)の濃度で存在する。 The main idea disclosed herein is that polymer seed particles polymerized from unbranched polymer chains or monomers with low degree of branching (i.e., less than 5% (w / w) elements that crosslink the polymer chains). Swelling, said seed particles have a diameter in the range of lower μm to nm. The improved process reported herein involves the use of a solvating agent, optionally using a magnetically polymerizable fluid (conveniently selected with a <30 nm diameter and suspended in a monomer solution. We describe the swelling of the seed particles with the stabilized superparamagnetic core particles). A further great advantage is that the monomer is a mixture of two or more polymerizable monomer species, one of which can act as a crosslinking or branching agent in the polymerization process, conveniently> 5% (w / w) concentration Exists.
このような新しい取り組みにより、すでに重合したシード粒子を着磁性モノマー溶液中で特異的に膨潤させると、マイクロメートルサイズ範囲の化学的だけでなく機械的にも安定な(鉄を浸出させない)粒子となる。さらには単分散磁性ポリマー粒子を得ることができる。 With such a new approach, when the already polymerized seed particles are specifically swollen in the magnetic monomer solution, they are not only chemically but also mechanically stable (not leaching iron) in the micrometer size range. Become. Furthermore, monodispersed magnetic polymer particles can be obtained.
本開示の目的に関しては、特定の用語は以下のように定義される。本明細書の開示及び引用文献において定義が矛盾する場合には、本開示が優先する。
本明細書中で使用するように、「〜を含む(comprising)」なる用語は、最終結果に影響しない他の工程及び成分を使用できることを意味する。「〜を含む」なる用語は、「〜からなる(consisting of)」及び「〜から本質的になる(consisting essentially of)」の表現を包含する。「the」、「a」、「an」などの単数の識別子の使用は、単一成分の使用に単に制限されるものではなく、多くの成分を包含することができる。たとえば、他に記載しない限り、「化合物(a compound)」なる表現は、「一種以上の化合物」の意味をもつ。「及び／又は(and/or)」なる用語は、列挙した要素の一つ若しくは全て、または列挙した要素の任意の二つ以上の組み合わせを意味する。本明細書中では、範囲内にあるそれぞれの一つ一つの値を記載するのに簡潔にした表現として範囲が使用される(たとえば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５など)。この範囲内の任意の値は、範囲の終点として選択することができる。本明細書中で使用するように、「室温」なる用語は、他に記載しない限り、典型的な研究室の周囲温度を意味し、これは通常、標準的な周囲温度及び圧力(SATP、25℃、100kPa)である。本明細書中で使用するように、「精製した」または「単離した」化合物とは、形成した反応混合物から化合物が分離されたことを意味する。
For the purpose of the present disclosure, certain terms are defined as follows. In the event of a conflict in definitions in the present disclosure and the cited references, the present disclosure shall control.
As used herein, the term “comprising” means that other steps and ingredients that do not affect the final result can be used. The term “comprising” encompasses the expressions “consisting of” and “consisting essentially of”. The use of a single identifier such as “the”, “a”, “an”, etc. is not limited to the use of a single component, but can include many components. For example, unless stated otherwise, the expression “a compound” has the meaning of “one or more compounds.” The term “and / or” means one or all of the listed elements or a combination of any two or more of the listed elements. Ranges are used herein as a concise term to describe each individual value falling within the range (e.g. 1 to 5 is 1, 1.5, 2, 2.. 75, 3, 3.80, 4, 5, etc.). Any value within this range can be selected as the end of the range. As used herein, the term "room temperature" means, unless otherwise stated, the ambient temperature of a typical laboratory, which usually corresponds to standard ambient temperature and pressure (SATP, 25 ° C, 100 kPa). As used herein, “purified” or “isolated” compound means that the compound has been separated from the formed reaction mixture.
「物質(substance)」なる用語は、純粋な材料若しくは化合物だけでなく、二種以上の材料若しくは化合物の混合物も包含する。「〜を混合する(mixまたはmixing)」なる動詞は、二種以上の物質を合体させるか、またはブレンドして、前記物質の「混合物」という結果になることを示す。 The term “substance” includes not only pure materials or compounds, but also mixtures of two or more materials or compounds. The verb “mix or mix” indicates that two or more substances are combined or blended, resulting in a “mixture” of the substances.
本明細書中で使用する「疎水性」なる用語は、物質が水をはじく特徴を記載し、この特徴により物質は水に不溶性であるか、水に不混和性となる。従って疎水性物質は、対照的に非極性溶媒に可溶性である非極性化合物を包含する。従って「疎水性」なる用語は、液体であろうと固体であろうと、疎水性物質の水−／極性溶媒−不混和性または水−／極性溶媒−不溶性の特性を示す。水並びに他の極性化合物、特にこれらに限定されないが、たとえばC1及びC2アルコールなどの極性溶媒をはじく傾向のため、極性溶媒中の液体の疎水性物質は、凝集してミセルを形成することが多い。上記に従って、「疎水性溶媒」なる用語は、水−不混和性液体である全ての溶媒を包含する。この用語はさらに、水混和性溶媒と不混和性である溶媒を包含する。「水混和性」、「親水性」又は「極性」(これらの用語は同義と理解される)溶媒は、「水不混和性」又は「疎水性」(これらの用語も同義と理解される)溶媒と二相混合物を形成する。同時に、水−混和性溶媒は、任意の濃度又は溶媒／水比で水溶性であるので、均質、即ち単相溶液となる。 As used herein, the term “hydrophobic” describes the characteristic that a substance repels water, which makes the substance insoluble or immiscible in water. Hydrophobic substances thus include nonpolar compounds which, in contrast, are soluble in nonpolar solvents. Thus, the term “hydrophobic” refers to the water- / polar solvent-immiscible or water- / polar solvent-insoluble properties of hydrophobic substances, whether liquid or solid. Water and other polar compounds, particularly but not limited to, tend to repel polar solvents such as C1 and C2 alcohols, so liquid hydrophobic materials in polar solvents often aggregate to form micelles. . According to the above, the term "hydrophobic solvent" includes all solvents which are water-immiscible liquids. The term further includes solvents that are immiscible with water-miscible solvents. `` Water miscible '', `` hydrophilic '' or `` polar '' (these terms are understood to be synonymous) solvents are `` water immiscible '' or `` hydrophobic '' (these terms are also understood to be synonymous) A biphasic mixture is formed with the solvent. At the same time, the water-miscible solvent is water soluble at any concentration or solvent / water ratio, so it becomes a homogeneous or single phase solution.
固体又は液体である、ある量の第一の物質が第二の液体物質と接触し混合する際に、第二の液体物質中で溶解性であると、前記第一の物質の量は溶解して、第二の液体物質と均質混合物を形成する。 When a quantity of a first substance, which is solid or liquid, contacts and mixes with a second liquid substance, the quantity of the first substance dissolves if it is soluble in the second liquid substance To form a homogeneous mixture with the second liquid material.
「不溶性」なる用語は、実質量の第一の物質が液体の第二の物質に溶解することなく、液体の第二の物質と接触し混合する際に、固体の第一の物質が固相のままである傾向をさす。それにもかかわらず、第一の物質は微量ながら液体の第二の物質に実際に溶解することができる。かくして、非常に低い溶解性を考慮すると（この可能性がある）、本発明の目的に関して、液体の第二の物質に関する固体の第一の物質の特性を定義している「不溶性」なる用語は通常、１kg当たり0〜10gの、第二の物質中の第一の物質の残存溶解性(residual solubility)、即ち0〜1%[w/w]、具体的には0〜0.7%[w/w]、より具体的には0〜0.5%[w/w]、より具体的には0〜0.2%[w/w]、より具体的には0〜0.1%[w/w]、さらに具体的には0〜0.05%[w/w]の特性を示す。 The term "insoluble" means that the solid first substance is in solid phase when contacted and mixed with the liquid second substance without the substantial amount of the first substance dissolving in the liquid second substance. Tend to remain. Nevertheless, the first substance can actually be dissolved in the liquid second substance, albeit in a small amount. Thus, given the very low solubility (possibly this), for the purposes of the present invention, the term “insoluble” defining the properties of a solid first substance with respect to a liquid second substance is Usually 0-10 g per kg of residual solubility of the first substance in the second substance, ie 0-1% [w / w], specifically 0-0.7% [w / w], more specifically 0-0.5% [w / w], more specifically 0-0.2% [w / w], more specifically 0-0.1% [w / w], and more specifically Specifically, it shows 0 to 0.05% [w / w] characteristics.
第一及び第二の液体物質は、これらが二相を分離することなく任意の割合で混合できる場合には、「混和性」であると理解される。
「不混和性」なる用語は、互いに接触し混合したときに、第一及び第二の液体物質が別々の液相を形成する傾向をさす。典型的には、疎水性の液体物質と親水性の液体物質又は水とは、互いに接触した時に「二相」である。すなわち二つの液体物質は、合体した後に二つの別々の相を形成する。不混和性特性は、実質的に第一の物質が第二の物質に全く溶解しないことを意味するが、それにもかかわらず微量ながら逆の相に実際に溶解することができる。たとえば、トルエン(メチルベンゼン)は実質的に水に不溶性であり、トルエンと水の混合物は典型的に相分離を示す。それにもかかわらず、室温又は別の周囲条件下では、トルエン約0.5gの量が水１kgに溶解性である。従って、非常に低い溶解性であることを考慮すると（この可能性がある）、本開示の目的に関して、液体の第二の物質に対して液体の第一の物質の特性を定義する「不混和性」なる用語は、通常、1kg当たり0〜10gの、第二の物質中の第一の物質の残存溶解性、即ち0〜1%[w/w]、特に0〜0.7%[w/w]、具体的には0〜0.5%[w/w]、より具体的には0〜0.2%[w/w]、より具体的には0〜0.1%[w/w]、さらに具体的には0〜0.05%[w/w]の特性を示す。かくしてこの定義に従って、親水性の液体物質中の疎水性の液体物質の溶解性、又は疎水性の液体物質中の親水性の液体物質の溶解性が0〜1%[w/w]、0〜0.7%[w/w]、0〜0.5%[w/w]、0〜0.2%[w/w]、0〜0.1%[w/w]、又は0〜0.05%[w/w]である場合、疎水性の液体の第一の物質は、親水性の液体の第二の物質と不混和性である。
A first and second liquid material is understood to be “miscible” if they can be mixed in any proportion without separating the two phases.
The term “immiscible” refers to the tendency of the first and second liquid materials to form separate liquid phases when in contact with each other and mixed. Typically, the hydrophobic liquid material and the hydrophilic liquid material or water are “two-phase” when in contact with each other. That is, the two liquid substances form two separate phases after coalescence. The immiscibility property substantially means that the first substance does not dissolve at all in the second substance, but can nevertheless be practically dissolved in the reverse phase, albeit in a minor amount. For example, toluene (methylbenzene) is substantially insoluble in water, and a mixture of toluene and water typically exhibits phase separation. Nevertheless, at room temperature or other ambient conditions, an amount of about 0.5 g of toluene is soluble in 1 kg of water. Thus, given the very low solubility (which is possible), for the purposes of the present disclosure, “immiscible” which defines the properties of the liquid first substance relative to the liquid second substance The term “sex” usually refers to the residual solubility of the first substance in the second substance, 0 to 10 g / kg, ie 0 to 1% [w / w], in particular 0 to 0.7% [w / w ], Specifically 0 to 0.5% [w / w], more specifically 0 to 0.2% [w / w], more specifically 0 to 0.1% [w / w], more specifically Indicates a characteristic of 0 to 0.05% [w / w]. Thus, according to this definition, the solubility of a hydrophobic liquid substance in a hydrophilic liquid substance or the solubility of a hydrophilic liquid substance in a hydrophobic liquid substance is 0-1% [w / w], 0 It is 0.7% [w / w], 0 to 0.5% [w / w], 0 to 0.2% [w / w], 0 to 0.1% [w / w], or 0 to 0.05% [w / w] In some cases, the hydrophobic liquid first substance is immiscible with the hydrophilic liquid second substance.
溶解性及び／又は混和性に依存して、そのうち少なくとも一つが液体である第一の物質と第二の物質とを混合すると、二つ以上の相をもつ不均質混合物であるか、又は単一の液相からなる均質混合物となる。 Depending on solubility and / or miscibility, mixing a first substance and a second substance, at least one of which is a liquid, is a heterogeneous mixture having two or more phases, or a single A homogeneous mixture consisting of the liquid phase.
そのもっとも広い意味での「分散物(dispersion)」なる用語は、通常、不均質混合物として理解され、言い換えると一を超える相、即ち「分散相」と「連続相」とを含む組成物と理解される。分散物に関して具体的であるが、限定的でない例としては、二相の固体／液体混合物及び二相の液体／液体混合物がある。最も広い意味では、分散相の物質は、個別の区分(compartment)、液滴又は粒子、即ち連続相によって互いに分離されている別々の実体(entity)に分けられる。同様に、連続相は分散相の粒子、液滴又は他の区分を巻き込む連続した実体を表す。「懸濁液」の具体的な態様では、分散相は、連続相としての液体中に分散された微細固体粒子からなる。分散相が液体の第一の物質であり、連続相が液体の第二の物質である分散物は、「エマルション」と呼ばれ、従って分散物の別の具体的な態様である。エマルションは、少なくとも二つが不混和性である二種以上の液体を接触させ、混合することによって形成することができる。本発明の開示の目的に関して通常及び具体的には、連続相は液体である。「エマルション」なる用語は、一方がコロイドを含む二つの不混和性液体相の混合物も包含する。この点において、「コロイド」なる用語は、所定の時間、具体的には1時間〜24時間の時間間隔の間に、周囲条件下で、実質的に粒子状物質が全く沈降も沈殿もしないように、連続媒体中に分散された微細粒子状物質の混合物を示す。本発明の開示の目的に関して、コロイドの非限定的な例としては、本明細書に記載のように磁性流体がある。 The term “dispersion” in its broadest sense is usually understood as a heterogeneous mixture, in other words a composition comprising more than one phase, ie “dispersed phase” and “continuous phase”. Is done. Specific but non-limiting examples of dispersions are two-phase solid / liquid mixtures and two-phase liquid / liquid mixtures. In the broadest sense, the substances of the dispersed phase are divided into separate compartments, droplets or particles, ie separate entities which are separated from one another by the continuous phase. Similarly, the continuous phase represents a continuous entity that incorporates particles, droplets or other segments of the dispersed phase. In a specific embodiment of a "suspension", the dispersed phase consists of finely divided solid particles dispersed in a liquid as the continuous phase. A dispersion in which the dispersed phase is a liquid first substance and the continuous phase is a liquid second substance is called an “emulsion” and is therefore another specific embodiment of the dispersion. An emulsion can be formed by contacting and mixing two or more liquids in which at least two are immiscible. Usually and specifically for the purposes of the present disclosure, the continuous phase is a liquid. The term "emulsion" also encompasses mixtures of two immiscible liquid phases, one of which comprises a colloid. In this regard, the term "colloid" is such that substantially no particulate matter settles or precipitates under ambient conditions for a predetermined time, specifically a time interval of 1 hour to 24 hours Shows a mixture of fine particulate matter dispersed in a continuous medium. For the purposes of the present disclosure, non-limiting examples of colloids are ferrofluids as described herein.
さらに具体的な態様では、分散物は液体物質中に微細固体粒子を含むことができる。液体物質それ自体は、単一の液体化合物からなるか；あるいは液体物質は、二種以上の液体化合物を含むことができ、これらは互いに混和性であるか、又はそのうちの少なくとも二種の化合物が不混和性で、エマルションとして存在することができる。後者の場合、分散物は三相であり、第一の不連続相として固体粒子を含み；エマルションである液相は、第二の不連続相と、第三の相を表す連続相とを含む。 In a more specific aspect, the dispersion can include fine solid particles in the liquid material. The liquid material itself consists of a single liquid compound; or the liquid material can contain two or more liquid compounds, which are miscible with each other, or at least two of which are compounds It is immiscible and can exist as an emulsion. In the latter case, the dispersion is three-phase and includes solid particles as a first discontinuous phase; the liquid phase that is an emulsion includes a second discontinuous phase and a continuous phase representing a third phase .
本明細書で報告されるように第一の側面は、磁性ポリマー粒子を製造するための方法であって、前記方法は、
(a)以下の成分：
(i)ラジカル重合可能な液体モノマー、
(ii)前記モノマーに可溶性のラジカル開始剤、
(iii)立体安定剤、及び
(iv)前記モノマーと混和性のキャリヤ流体中に界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子を含む磁性流体、
を含む組成物を提供する；
(b)(A)前記モノマーと不混和性である極性溶媒、及び
(B)工程(a)の組成物、
からエマルションを調製する；
(c)シードポリマー粒子を前記エマルションに添加し、混合してシードエマルションを形成し、このシードエマルションをインキュベートして、前記シードポリマー粒子を膨潤させる；
(d)前記ラジカル開始剤を活性化して、膨潤した前記シードポリマー粒子中のモノマーを重合する；
工程を含み、これにより磁性ポリマー粒子を製造する。
As reported herein, the first aspect is a method for producing magnetic polymer particles, the method comprising:
(a) The following ingredients:
(i) a radically polymerizable liquid monomer,
(ii) a radical initiator soluble in the monomer,
(iii) steric stabilizer, and
(iv) a ferrofluid comprising colloidal magnetic particles coated with a surfactant in a carrier fluid miscible with the monomer,
Providing a composition comprising:
(b) (A) a polar solvent immiscible with the monomer, and
(B) the composition of step (a),
Preparing an emulsion from
(c) adding seed polymer particles to the emulsion and mixing to form a seed emulsion and incubating the seed emulsion to swell the seed polymer particles;
(d) activating the radical initiator to polymerize monomers in the swollen seed polymer particles;
Process, thereby producing magnetic polymer particles.
工程(a)の組成物はモノマーを含む。最も広い意味での「モノマー」なる用語は、ラジカル重合能力(polymerizability)をもつ不飽和官能基を含む化合物を示す。
従って通常、「モノマー」なる用語は、フリーラジカル重合の化学的プロセスで成長するポリマー鎖に共有結合し得るモノマーを包含する。しかしながらこの用語は、(i)ポリマー鎖を伸長し得るモノマー、並びに(ii)鎖の伸長と分岐をもたらしうるモノマーも包含する。後者の場合、モノマーは、ラジカル重合能力をもつ二種以上の不飽和官能基を含む。「モノマー」なる用語はさらに、異なる特定のモノマー種の混合物、たとえばビニル芳香族モノマーとアクリルモノマーとの混合物を包含する。当業者はこのような混合物を知っており、所望の分岐度に依存して、ラジカル重合能力を持つ単一の不飽和官能基をもつモノマーと、ラジカル重合能力をもつ二種以上の不飽和官能基をもつさらなるモノマーとの特定の割合を日常的に用いる。
The composition of step (a) contains a monomer. The term “monomer” in the broadest sense refers to a compound containing an unsaturated functional group with radical polymerizability.
Thus, the term “monomer” usually includes monomers that can be covalently bonded to a polymer chain grown by a chemical process of free radical polymerization. However, the term also encompasses (i) monomers that can extend the polymer chain, and (ii) monomers that can cause chain extension and branching. In the latter case, the monomer comprises two or more unsaturated functional groups capable of radical polymerization. The term “monomer” further encompasses mixtures of different specific monomer species, such as mixtures of vinyl aromatic monomers and acrylic monomers. The person skilled in the art knows such mixtures and, depending on the degree of branching desired, a monomer with a single unsaturated functional group with free radical polymerization capacity and two or more unsaturated functions with free radical polymerization capacity. Specific ratios with further monomers with groups are routinely used.
好都合な態様では、モノマーはエチレン性不飽和モノマーである。かかる化合物は当業界で公知であり、ビニル芳香族モノマー、アクリルモノマー、ビニルエステルモノマー、ビニルエーテルモノマー及びポリビニルモノマーが挙げられる。ビニル芳香族モノマーの例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、α-クロロスチレン、o-クロロスチレン、m-クロロスチレン、p-クロロスチレン、p-エチルスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム及びジビニルベンゼンからなる群から選択することができる。アクリルモノマーの例としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、β-ヒドロキシアクリル酸エチル、γ-ヒドロキシアクリル酸ブチル、δ-ヒドロキシアクリル酸ブチル、β-ヒドロキシメタクリル酸エチル、γアミノアクリル酸プロピル及びγ-N,N-ジエチルアミノアクリル酸プロピルからなる群から選択することができる。ビニルエステルモノマーの例としては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル及びプロピオン酸ビニルからなる群から選択することができる。ビニルエーテルモノマーの例としては、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニル-n-ブチルエーテル、ビニルフェニルエーテル及びビニルシクロヘキシルエーテルからなる群から選択することができる。ポリビニルモノマーの例としては、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート及びトリアリルフタレートからなる群から選択することができる。これら及び他の好適なモノマーは、単独で、又はこれらの二つ以上の混合物の形態で使用することができる。本発明の開示の教示を好都合に実施するために使用し得るモノマーの非限定的な例は、ビニルベンゼンとジビニルベンゼンとの混合物である。 In an advantageous embodiment, the monomer is an ethylenically unsaturated monomer. Such compounds are known in the art and include vinyl aromatic monomers, acrylic monomers, vinyl ester monomers, vinyl ether monomers and polyvinyl monomers. Examples of vinyl aromatic monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, α-chlorostyrene, o-chlorostyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, p-ethylstyrene, sodium styrene sulfonate and divinyl It can be selected from the group consisting of benzene. Examples of acrylic monomers include acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, phenyl acrylate, methyl methacrylate, hexyl methacrylate, methacrylic acid 2 The group consisting of -ethylhexyl, ethyl β-hydroxyacrylate, butyl γ-hydroxyacrylate, butyl δ-hydroxyacrylate, ethyl β-hydroxymethacrylate, propyl γ-aminoacrylate and propyl γ-N, N-diethylaminoacrylate You can choose from. Examples of vinyl ester monomers can be selected from the group consisting of vinyl formate, vinyl acetate and vinyl propionate. Examples of vinyl ether monomers can be selected from the group consisting of vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl-n-butyl ether, vinyl phenyl ether and vinyl cyclohexyl ether. Examples of polyvinyl monomers can be selected from the group consisting of divinylbenzene, diallyl phthalate and triallyl phthalate. These and other suitable monomers can be used alone or in the form of a mixture of two or more thereof. A non-limiting example of a monomer that can be used to conveniently practice the teachings of the present disclosure is a mixture of vinylbenzene and divinylbenzene.
本発明の開示の目的に関して、モノマーは、一態様において、液体として純粋形で提供し得る化合物である。あるいは、モノマーは、具体的には溶媒が疎水性溶媒である溶液に含まれた状態で提供することができる。従って、具体的な態様では、液体モノマーは、疎水性溶媒に、より具体的には有機疎水性溶媒に溶解したモノマーである。従って、一種以上のモノマーは疎水性溶媒中の溶解形で提供される。すなわち、提供される溶液は均質混合物である。重要なことには、疎水性溶媒は重合プロセスに関与せず、ラジカル重合能力を持つ官能基を含まないように選択される。当業者は均質溶液を形成するためにモノマーと混合することができる多くの溶媒を知っている。具体的な態様では、液体モノマーは、プロパン、ブタン、シクロブタン、ペンタン、シクロペンタン、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、テトラデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルイソプロピルベンゼン、メチルn-アミルケトン、イソ酪酸イソブチル及びこれらの混合物からなる群から選択される疎水性溶媒中に溶解されたモノマーである。 For the purposes of the present disclosure, a monomer is, in one aspect, a compound that can be provided in pure form as a liquid. Alternatively, the monomers can be provided, in particular in a solution in which the solvent is a hydrophobic solvent. Thus, in a specific embodiment, the liquid monomer is a monomer dissolved in a hydrophobic solvent, more specifically in an organic hydrophobic solvent. Thus, the one or more monomers are provided in dissolved form in a hydrophobic solvent. That is, the solution provided is a homogeneous mixture. Importantly, the hydrophobic solvent is selected so that it does not participate in the polymerization process and does not contain functional groups with radical polymerization ability. One skilled in the art knows many solvents that can be mixed with the monomers to form a homogeneous solution. In a specific embodiment, the liquid monomer is propane, butane, cyclobutane, pentane, cyclopentane, heptane, hexane, cyclohexane, tetradecane, benzene, toluene, xylene, methyl isopropyl benzene, methyl n-amyl ketone, isobutyl isobutyrate and these A monomer dissolved in a hydrophobic solvent selected from the group consisting of a mixture.
当業者は、本明細書中に開示の化合物を形成するために提供される際に、プロパン、ブタン及び他のもののような揮発性化合物を適用すると、そのような化合物が凝集物の液体状態にとどまるように、本明細書に開示される教示を実施するためには、調圧封じ込め(pressure-controlled containment)が必要であることを理解している。 Those skilled in the art, when provided to form the compounds disclosed herein, apply volatile compounds such as propane, butane, and others, such compounds to the liquid state of the agglomerates. As will be appreciated, in order to implement the teachings disclosed herein, it is understood that pressure-controlled containment is required.
本明細書中に開示された改良逐次シード乳化重合プロセスは、一種以上のラジカル重合可能なモノマーでシード粒子を膨潤させ、次いでこのモノマーを重合する工程を含む。「ラジカル重合可能な」及び「ラジカル的に重合可能な」なる用語は、ラジカル開始剤で誘発されたフリーラジカル重合の化学的プロセスで、一種以上のモノマーが重合できることを示す。 The improved sequential seed emulsion polymerization process disclosed herein comprises swelling the seed particles with one or more radically polymerizable monomers and then polymerizing the monomers. The terms “radically polymerizable” and “radically polymerizable” indicate that one or more monomers can be polymerized in a chemical process of free radical polymerization induced by a radical initiator.
「ラジカル開始剤」は、ラジカル種を生成し、これによってラジカル反応を促進することができる化合物である。ラジカル開始剤は通常、結合解離エネルギーが小さい結合をもつ。ラジカル開始剤は特にポリマー合成で有用である。ラジカル開始剤の典型例には、ハロゲン原子、アゾ化合物及び有機過酸化物がある。具体的な好都合な態様では、ラジカル開始剤は、2,2'-アゾビス-(2-メチルブチロニトリル)、アゾビスイソブチロニトリル、アゾ−ビスジメチルバレロニトリル、過酸化ジクミル、クメンヒドロペルオキシド、過酸化ベンゾイル、過酸化ジベンゾイル、過酸化ラウロイル、t-ブチルヒドロペルオキシド、過酸化ジ-t-ブチル、t-ブチル−ペルオキシベンゾエート、t-ブチル−ペルオキシピバレート、ジオクタノイルペルオキシド及びこれらの混合物からなる群から選択される。ラジカル開始剤の活性化は、好適な頻度及びエネルギー含有量の電磁波照射に暴露することによって実施することができる。照射は、熱(赤外線)、UV光、ガンマ線その他が挙げられる。任意の疎水性ラジカル開始剤を使用することができる。紫外線による重合の場合には、これに限定されないが、公知の光重合開始剤の中でもIrgacure(登録商標)2959などの光重合開始剤が選択される。 A "radical initiator" is a compound capable of producing a radical species, thereby promoting a radical reaction. A radical initiator usually has a bond with a low bond dissociation energy. Radical initiators are particularly useful in polymer synthesis. Typical examples of radical initiators include halogen atoms, azo compounds and organic peroxides. In a particularly advantageous embodiment, the radical initiator is: 2,2'-azobis- (2-methylbutyronitrile), azobisisobutyronitrile, azo-bisdimethylvaleronitrile, dicumyl peroxide, cumene hydroperoxide Benzoyl peroxide, dibenzoyl peroxide, lauroyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, t-butyl-peroxybenzoate, t-butyl-peroxypivalate, dioctanoyl peroxide and mixtures thereof Selected from the group consisting of Activation of the radical initiator can be carried out by exposure to electromagnetic radiation of a suitable frequency and energy content. Irradiation includes heat (infrared rays), UV light, gamma rays and the like. Any hydrophobic radical initiator can be used. In the case of polymerization by ultraviolet light, although it is not limited thereto, among known photopolymerization initiators, photopolymerization initiators such as Irgacure (registered trademark) 2959 are selected.
活性化の別法としては、ラジカル開始剤と相互作用し得る触媒の使用が挙げられる。
その結果、ラジカル開始剤の活性化により、通常、結合解離エネルギーの小さな単結合当たり一対のラジカルを生成する。ラジカルはそれぞれ続いてモノマーと反応し、これによってフリーラジカル重合プロセスを開始する。重合プロセスから得られる「ポリマー」は、(オリゴマーを含む)任意の長さのホモポリマー及びコポリマーを含む；「コポリマー」は二種以上の重合可能なモノマーのポリマーを含み、従ってターポリマー、テトラポリマーなども含み、ランダムコポリマーも含む。
An alternative to activation involves the use of a catalyst that can interact with the radical initiator.
As a result, activation of the radical initiator usually generates a pair of radicals per single bond having a small bond dissociation energy. Each radical subsequently reacts with the monomer, thereby initiating the free radical polymerization process. The "polymers" resulting from the polymerization process include homopolymers and copolymers of any length (including oligomers); "copolymers" include polymers of two or more polymerizable monomers, and thus terpolymers, tetrapolymers Including random copolymers.
具体的な態様では、液体モノマーはラジカル開始剤用の溶媒として機能する。別の具体的な態様では、液体モノマーは疎水性溶媒を含み、この場合、疎水性溶媒は好都合にはラジカル開始剤用の溶媒としても機能することができる。あるいは別の具体的な態様では、液体モノマー(疎水性溶媒を任意に使用する)は極性液体中に乳化され、ラジカル開始剤は極性液体中に溶解した状態で存在する。 In a specific embodiment, the liquid monomer functions as a solvent for the radical initiator. In another specific embodiment, the liquid monomer comprises a hydrophobic solvent, in which case the hydrophobic solvent can conveniently also function as a solvent for the radical initiator. Alternatively, in another specific embodiment, the liquid monomer (optionally using a hydrophobic solvent) is emulsified in the polar liquid, and the radical initiator is present in solution in the polar liquid.
膨潤プロセスの間にシードポリマー粒子に取り込まれる磁性粒子は、最初に磁性流体として提供される。当業者には公知であるが、磁性流体はたとえば１〜50nmのサイズのフェロ磁性粒子又はフェリ磁性粒子(ナノ粒子)を含むコロイド流体である。本発明の開示の目的に関して、本明細書に記載のプロセスで好都合に使用し得る磁性流体の粒子の直径は20nmよりも小さい。一般に、磁性流体中の粒子サイズは、シード粒子中のポリマー構造に従って、及びシード粒子の膨潤が起きる条件に従って選択される。特定のサイズの磁性粒子は、膨潤プロセスの間に磁性粒子をすべてのシードポリマー粒子に確実に浸透させるように選択される。従って、通常、本明細書に開示の改良逐次シード乳化重合プロセスの実施には１nm〜20nmの粒径が適していることが知見された。より具体的な態様では、粒径は5nm〜20nm、より具体的には1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19及び20nmからなる群から選択される[nm]のサイズの粒子は、本明細書に開示の教示を実施するのに好都合に使用することができる。 The magnetic particles incorporated into the seed polymer particles during the swelling process are initially provided as a magnetic fluid. As is known to those skilled in the art, the ferrofluid is a colloidal fluid comprising, for example, ferromagnetic particles or ferrimagnetic particles (nanoparticles) of 1-50 nm size. For the purposes of the present disclosure, the diameter of the particles of ferrofluid which may advantageously be used in the process described herein is less than 20 nm. In general, the particle size in the ferrofluid is selected according to the polymer structure in the seed particles and the conditions under which the seed particles swell. Magnetic particles of a particular size are chosen to ensure that the magnetic particles penetrate all seed polymer particles during the swelling process. Accordingly, it has been found that a particle size of 1 nm to 20 nm is usually suitable for carrying out the improved sequential seed emulsion polymerization process disclosed herein. In a more specific embodiment, the particle size is 5 nm to 20 nm, more specifically 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Particles of [nm] size selected from the group consisting of, 17, 18, 19, and 20 nm can be conveniently used to practice the teachings disclosed herein.
本明細書に開示の磁性流体に含まれ、本明細書に開示の方法及び組成物で使用されるコロイドフェロ磁性粒子又はコロイドフェリ磁性粒子は、通常、超常磁性であり、この特性は「磁性」なる用語によって包含される。この点において、具体的な態様の超常磁性粒子は特に好都合である。磁性ナノ粒子は、鉄塩の溶液から磁鉄鉱をアンモニアで沈殿させることによって製造することができる。 Colloidal ferromagnetic particles or colloidal ferrimagnetic particles included in the ferrofluids disclosed herein and used in the methods and compositions disclosed herein are typically superparamagnetic and this property is “magnetic”. Is encompassed by the term In this regard, specific embodiments of superparamagnetic particles are particularly advantageous. Magnetic nanoparticles can be made by precipitating magnetite with ammonia from solutions of iron salts.
従って、本発明の開示の目的に関しては、磁性流体は「キャリヤ流体」中にコロイド形の磁性粒子を含む。キャリヤ流体は、コロイドの連続相であり、液体モノマーと不混和性である液体溶媒を含む。通常、キャリヤ流体は、本明細書に記載の通り改良逐次シード乳化重合プロセスの重合に関与しない疎水性溶媒である。 Thus, for the purposes of the present disclosure, the magnetic fluid comprises colloidal magnetic particles in a "carrier fluid". The carrier fluid is a continuous phase of colloid and comprises a liquid solvent that is immiscible with the liquid monomer. Typically, the carrier fluid is a hydrophobic solvent that does not participate in the polymerization of the modified sequential seed emulsion polymerization process as described herein.
通常、具体的な助剤物質(helper substance)を使用しなければ、磁性ナノ粒子の懸濁液はそれ自体安定ではない。ファンデルワールス力などの表面主導の効果と組み合わさって、粒子間の磁力により磁気相が急速に凝集し沈降する。粒子が凝集しないようにするために、様々な液体キャリヤに対して界面活性剤を好都合に使用する。コロイドであるため、磁性流体は、キャリヤ流体と磁性粒子との間の表面張力(surface tension)又は界面張力(interfacial tension)を下げる化合物を示す「界面活性剤」を含む。磁性流体中では、粒子はそれぞれ界面活性剤でコーティングされ、その結果、磁性粒子の凝集が抑えられる。室温では、平均径10nmの安定化コロイド磁性ナノ粒子は通常、24時間以上、そのキャリヤ流体の中に均一に分散したままである。より大きな粒子は沈降する傾向が強い。しかしながら、この重力効果は、攪拌、例えば攪拌により弱めることができる。 Usually, the suspension of magnetic nanoparticles is not itself stable unless specific helper substances are used. Combined with surface-driven effects such as van der Waals forces, the magnetic phase rapidly aggregates and settles due to the magnetic force between the particles. Surfactants are advantageously used on various liquid carriers to prevent the particles from clumping. Because it is a colloid, the ferrofluid includes a “surfactant” that refers to a compound that reduces the surface tension or interfacial tension between the carrier fluid and the magnetic particles. In the magnetic fluid, the particles are each coated with a surfactant so that the aggregation of the magnetic particles is suppressed. At room temperature, stabilized colloidal magnetic nanoparticles with an average diameter of 10 nm typically remain uniformly dispersed in the carrier fluid for more than 24 hours. Larger particles are more likely to settle. However, this gravitational effect can be weakened by stirring, for example stirring.
多くの磁性流体に存在する例示的な界面活性剤はオレイン酸である。本明細書の記載を実施するために好適な磁性流体は市販されており、Ferrofluid Type EFH1(SmartPhysik.de，ベルリン、ドイツ)が挙げられる。別の具体的な態様では、磁性流体中で安定剤として作用する界面活性剤は、ラジカル重合反応に関与することができる。この態様の界面活性剤は、ラジカル重合可能な一つ以上の利用可能なビニル又はアクリル官能基をもつ化合物を含む。この点において「利用可能な(accessible)」なる用語は、安定剤化合物がコロイド磁性物質に付着しているにもかかわらず、重合可能な官能基がモノマーと反応し得ることを意味する。本明細書において、磁性流体中のそのような安定剤化合物は、「サーフマー(surf-mer)」ともいう。 An exemplary surfactant present in many ferrofluids is oleic acid. Suitable ferrofluids for carrying out the description herein are commercially available and include Ferrofluid Type EFH1 (SmartPhysik. De, Berlin, Germany). In another specific aspect, surfactants that act as stabilizers in ferrofluids can participate in radical polymerization reactions. The surfactant of this aspect comprises a compound having one or more available vinyl or acryl functional groups that can be radically polymerized. In this regard, the term “accessible” means that the polymerizable functional group can react with the monomer despite the fact that the stabilizer compound is attached to the colloidal magnetic material. Such stabilizer compounds in ferrofluids are also referred to herein as "surf-mers".
本明細書に開示の方法の工程(a)で提供された組成物の一部である「立体安定剤」としては、二種の不混和性液体物質の二相混合物中で疎水性成分と親水性成分の両方に部分的に溶解性である一種以上の化合物が挙げられる。二種の成分を乳化すると、立体安定剤はこの二相が再び分離する傾向を減らして、これによって二相混合物の乳化状態を引き伸ばす。特別な例では、連続相として極性溶媒と、不連続相として疎水性液体のエマルションでは、立体安定剤は、その立体的な距離を安定化することによって疎水性液滴の融合を抑制又は予防する。具体的な態様では、立体安定剤は、二相混合物の相分離を防ぐ。好都合には、立体安定剤は、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリルアミド)、ポリエチレンオキシド、ポリ(N-ビニルピロリドン)、(メチル)セルロース、(エチル)セルロース、(ヒドロキシプロピル)セルロース、ポリ(アクリル酸)、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリ(イソブチレン)、ポリ(12-ヒドロキシステアリン酸)、ポリ(2-エチルヘキシルメタクリレート)、ドデシル硫酸ナトリウム及びこれらの混合物からなる群から選択される。中でも、ポリ(ビニルアルコール)及びポリ(N-ビニルピロリドン)などのポリマー性立体安定剤は、特に好適な態様において、特にドデシル硫酸ナトリウムと組み合わせて使用することができる。 A “steric stabilizer” that is part of the composition provided in step (a) of the method disclosed herein includes a hydrophobic component and a hydrophilic component in a two-phase mixture of two immiscible liquid materials. One or more compounds that are partially soluble in both sex components. When emulsifying the two components, the steric stabilizer reduces the tendency of the two phases to separate again, thereby extending the emulsified state of the two-phase mixture. In particular examples, in emulsions of polar solvents as the continuous phase and hydrophobic liquids as the discontinuous phase, steric stabilizers inhibit or prevent the coalescence of hydrophobic droplets by stabilizing their steric distances . In a specific embodiment, the steric stabilizer prevents phase separation of the biphasic mixture. Advantageously, the steric stabilizer is poly (vinyl alcohol), poly (acrylic acid), poly (acrylamide), polyethylene oxide, poly (N-vinyl pyrrolidone), (methyl) cellulose, (ethyl) cellulose, (hydroxypropyl) B) selected from the group consisting of cellulose, poly (acrylic acid), poly (dimethylsiloxane), poly (isobutylene), poly (12-hydroxystearic acid), poly (2-ethylhexyl methacrylate), sodium dodecyl sulfate and mixtures thereof The Among them, polymeric steric stabilizers such as poly (vinyl alcohol) and poly (N-vinyl pyrrolidone) can be used in particularly preferred embodiments, especially in combination with sodium dodecyl sulfate.
具体的な態様では、立体安定剤は、シードポリマー粒子をベースとして、0.1%〜100%[w/w]、特に1%〜20%[w/w]の量で使用され、ラジカル開始剤は、モノマーをベースとして0.001〜10%[w/w]、特に0.01〜0.5%[w/w]の量で使用される。 In a specific embodiment, the steric stabilizer is used in an amount of 0.1% to 100% [w / w], in particular 1% to 20% [w / w], based on the seed polymer particles, and the radical initiator is It is used in amounts of 0.001 to 10% [w / w], in particular 0.01 to 0.5% [w / w], based on the monomers.
その結果、モノマー、ラジカル開始剤、立体安定剤、及び磁性流体を含む工程(a)の組成物は液相と粒子からなる相とを含み、この液相は実質的に疎水性である組成物である。しかしながら、組成物中の粒子相はコロイドとして含まれる。 As a result, the composition of step (a) comprising a monomer, a radical initiator, a steric stabilizer, and a ferrofluid comprises a liquid phase and a phase composed of particles, the liquid phase being substantially hydrophobic. It is. However, the particulate phase in the composition is included as a colloid.
本明細書に報告されたように本開示を実施するために、工程(a)に従った好都合な組成物は、モノマーと不混和性である極性溶媒と効果的にエマルションを形成できる粘度をもつ。従って、具体的な態様では、室温において、(地球の磁場以外の)磁場の非存在下における工程(a)に従った組成物の全粘度は、0.5mPa・s〜1300mPa・sである。 To carry out the present disclosure as reported herein, a convenient composition according to step (a) has a viscosity that can effectively form an emulsion with a polar solvent that is immiscible with the monomer. . Thus, in a specific embodiment, at room temperature, the total viscosity of the composition according to step (a) in the absence of a magnetic field (other than the Earth's magnetic field) is between 0.5 mPa · s and 1300 mPa · s.
組成物の提供の工程(a)に続いて、乳化工程(b)を実施する。この目的のために、さらなる液相を準備する。ここでさらなる液相は親水性であり、不均質、即ち工程(a)の組成物の液相と二相混合物を形成することができる。すなわち、親水性の液相は極性の、水−混和性溶媒を含む。具体的な態様では、極性溶媒は水、メタノール、エタノール及びこれらの混合物からなる群から選択される。他の具体的な態様としては、多価アルコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタン−ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール及びこれらの混合物が挙げられる。水混和性有機溶媒は、単独で、又は水との液体混合物の状態で使用することができる。液体混合物の場合には、水はできるだけ多量に含まれ、その混合比は、使用するモノマー及び有機溶媒に従って決定するのが好ましい。 Following the step (a) of providing the composition, an emulsification step (b) is performed. An additional liquid phase is prepared for this purpose. The further liquid phase here is hydrophilic and can be heterogeneous, i.e. can form a two-phase mixture with the liquid phase of the composition of step (a). That is, the hydrophilic liquid phase contains a polar, water-miscible solvent. In a specific aspect, the polar solvent is selected from the group consisting of water, methanol, ethanol and mixtures thereof. Other specific embodiments include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, butane-diol, diethylene glycol, triethylene glycol and mixtures thereof. The water-miscible organic solvent can be used alone or in the form of a liquid mixture with water. In the case of a liquid mixture, water is contained as much as possible, and the mixing ratio is preferably determined according to the monomer and organic solvent used.
エマルションを形成するために、工程(a)の組成物を親水性液相と接触させ、混合する、ここでエマルションは、混合することにより得られる。典型的な態様では、混合は攪拌により実施する。 To form an emulsion, the composition of step (a) is contacted with a hydrophilic liquid phase and mixed, where the emulsion is obtained by mixing. In a typical embodiment, the mixing is carried out by stirring.
得られるエマルションでは、親水性液相はエマルションの連続相を形成するのに十分な量で存在しなければならない。従って、連続相を形成するのに十分な体積を提供するために、親水性液相の体積は、工程(a)の組成物の体積に対して選択する。この体積比は、乳化プロセスで形成する疎水性相の液滴のサイズに影響を与える。液滴サイズは、攪拌による剪断力が乳化すべき組成物に加える強度によっても影響を受ける。液滴サイズを決定する別の因子は、エマルション中の立体安定剤の濃度である。一般に、立体安定剤は、その最小ミセル−形成濃度を超える量で存在しなければならない。一般に、エマルション中に安定化疎水性液滴を形成するために条件を適用し、ここで極性溶媒はエマルションの連続相を形成する。 In the resulting emulsion, the hydrophilic liquid phase must be present in an amount sufficient to form the continuous phase of the emulsion. Accordingly, the volume of the hydrophilic liquid phase is chosen relative to the volume of the composition of step (a) in order to provide sufficient volume to form a continuous phase. This volume ratio affects the size of the droplets of the hydrophobic phase formed in the emulsification process. Droplet size is also affected by the strength with which the shear forces from agitation apply to the composition to be emulsified. Another factor that determines droplet size is the concentration of steric stabilizer in the emulsion. In general, the steric stabilizer should be present in an amount above its minimum micelle-forming concentration. In general, conditions are applied to form stabilized hydrophobic droplets in the emulsion, where the polar solvent forms the continuous phase of the emulsion.
本明細書に開示の磁性ポリマー粒子を製造するためのプロセスは、単分散ポリマー粒子を製造するための逐次シード乳化重合プロセス(Ugelstad)の改良別法である。単分散粒子は、平均粒径として表される、やや均一サイズを特徴とし、ここで直径の変動係数は10%未満、具体的には5%未満、より具体的には3%未満である。一般に当業界では、ポリマー粒子は、モノマーと重合開始剤とを、混合物に加えられたポリマーシードの中に拡散させることによって、乳化二相混合物中で製造することができることが公知である。シードはモノマーを吸収して膨潤する特性をもち、開始剤を活性化させるために加熱することなどによって重合を開始した後、膨潤したシードからより大きなポリマー粒子が生成する。本発明の著者らは、特定の条件下において、ポリマーシードはモノマーと重合開始剤とを吸収できるだけでなく、磁性粒子も吸収できることを知見した。従って、この驚くべき利点を有する簡易化プロセスが、単分散の再現可能な量の磁性材料を含む単分散の磁性粒子であって、磁性材料が所与の粒子の中にくまなく均一分散されている磁性粒子を製造するために開発された。また重要なことには、本明細書に開示のプロセスを実施するためには、ニトロ化工程は必要ない。 The process for producing the magnetic polymer particles disclosed herein is an improvement over the sequential seed emulsion polymerization process (Ugelstad) for producing monodispersed polymer particles. Monodisperse particles are characterized by a somewhat uniform size, expressed as average particle size, where the coefficient of variation of the diameter is less than 10%, specifically less than 5%, more specifically less than 3%. It is generally known in the art that polymer particles can be produced in an emulsified two-phase mixture by diffusing monomers and a polymerization initiator into a polymer seed added to the mixture. The seeds have the property of absorbing monomers and swelling, and after initiating polymerization, such as by heating to activate the initiator, larger polymer particles are formed from the swollen seeds. The authors of the present invention have found that under certain conditions, polymer seeds can absorb not only monomers and polymerization initiators but also magnetic particles. Thus, a simplified process with this surprising advantage is a monodisperse magnetic particle containing a monodisperse, reproducible amount of magnetic material, wherein the magnetic material is uniformly dispersed throughout the given particle. Was developed to produce magnetic particles. Also importantly, the nitration step is not necessary to carry out the process disclosed herein.
本明細書で報告されるプロセスは、シードエマルションを形成することを含み、このエマルションはモノマーと不混和性である極性溶媒と、工程(a)の組成物とを含む。すなわち、シードポリマー粒子をエマルションに加え、それと共に混合する。具体的な態様では、シード粒子は、工程(a)の組成物にも存在する重合した単一モノマー化合物からなる。別の具体的な態様では、シード粒子は、工程(a)の組成物中にも存在する二種以上の単一モノマー化合物の重合混合物からなる。さらに別の具体的な態様では、シード粒子は、重合した非架橋(即ち、非分岐)スチレンの粒子である。さらに別の具体的な態様では、シード粒子は、重合した低架橋スチレン、即ち0.5%[w/w]ジビニルベンゼンを含むスチレンの分岐コポリマーの粒子である。 The process as reported herein comprises forming a seed emulsion, which comprises a polar solvent that is immiscible with the monomer, and the composition of step (a). That is, seed polymer particles are added to the emulsion and mixed with it. In a specific aspect, the seed particles consist of polymerized single monomer compounds which are also present in the composition of step (a). In another specific embodiment, the seed particles consist of a polymerization mixture of two or more single monomer compounds that are also present in the composition of step (a). In yet another specific aspect, the seed particles are particles of polymerized uncrosslinked (i.e. unbranched) styrene. In yet another specific aspect, the seed particles are particles of polymerized low cross-linked styrene, ie, a branched copolymer of styrene containing 0.5% [w / w] divinyl benzene.
得られる混合物では、疎水性シード粒子を連続相から分離し、疎水性エマルション液滴中で区分化する。所定の時間間隔の間、シード粒子は膨潤できる。すなわちモノマー(たとえば、ジビニルベンゼン及びスチレン)とコロイド磁性粒子を含む、工程(a)に従った組成物を吸収することができる。 In the resulting mixture, the hydrophobic seed particles are separated from the continuous phase and partitioned in the hydrophobic emulsion droplets. The seed particles can swell for a predetermined time interval. That is, the composition according to step (a) comprising monomers (eg divinylbenzene and styrene) and colloidal magnetic particles can be absorbed.
工程(a)の特定の組成物に添加されるシード粒子の量は、組成物に存在し、シード粒子により吸収され得る化合物の総量に関して選択される。従って、シード粒子の特に好適な量は、経験的に決定することができる。 The amount of seed particles added to the particular composition of step (a) is selected with respect to the total amount of compound present in the composition and that can be absorbed by the seed particles. Thus, a particularly suitable amount of seed particles can be determined empirically.
エマルションはシード粒子と共に混合する。攪拌することによって、混合物中のシード粒子と他の成分とが等しく分配される。重要なことに、モノマーを吸収する特性をもつシード粒子は、それ自体が疎水性である。従って、例示するシード粒子はエマルションの疎水性液滴によって吸収され、これによってシード粒子は、工程(a)で提供された組成物と接触する。これらと接触する際に、シード粒子は組成物を吸収し、膨潤し始める。すなわちそのサイズが大きくなる。液滴中に最初に存在した組成物の所定量が吸収されるまで、吸収しつづける。混合物の攪拌、成長する粒子の慣性(inertia)(その動き又は方向を変えることに対する抵抗)の増加、剪断力及び他の影響の結果、成長する粒子は疎水性液滴から引き離されて、それによって吸収及び膨潤プロセスを中断する。粒子は別の液滴と接触して、吸収／膨潤プロセスを継続することができる。 The emulsion is mixed with the seed particles. By stirring, the seed particles and other components in the mixture are equally distributed. Importantly, the seed particles, which have the property of absorbing monomers, are themselves hydrophobic. Thus, the exemplary seed particles are absorbed by the hydrophobic droplets of the emulsion, thereby contacting the seed particles with the composition provided in step (a). In contact with them, the seed particles absorb the composition and begin to swell. That is, the size increases. Absorption continues until a predetermined amount of the composition originally present in the droplet is absorbed. As a result of agitation of the mixture, increased inertia of the growing particles (resistance to changing its movement or direction), shear forces and other effects, the growing particles are pulled away from the hydrophobic droplets, thereby Interrupt the absorption and swelling process. The particles can come into contact with another droplet to continue the absorption / swelling process.
重要なことには、膨潤プロセスは、モノマーとラジカル開始剤の吸収を含むだけでなく、同時にコロイド磁性粒子の吸収も包含する。従って、シード粒子の膨潤によってシード粒子のサイズが大きくなる間に、磁性粒子が均一分布する。 Importantly, the swelling process not only involves the absorption of monomers and free radical initiators, but also involves the absorption of colloidal magnetic particles. Therefore, the magnetic particles are uniformly distributed while the size of the seed particles is increased due to the swelling of the seed particles.
工程(a)の組成物中に存在する場合には、疎水性溶媒、モノマー及びキャリヤ流体の量は、膨潤プロセスの間に、シード粒子中に最初に存在するポリマーマトリックスが完全に溶解しないが、どれだけ膨潤しても骨格として原形を保ち、吸収した物質を包むように見積もられ、選択される。 When present in the composition of step (a), the amount of hydrophobic solvent, monomer and carrier fluid is such that the polymer matrix initially present in the seed particles is not completely dissolved during the swelling process, No matter how swollen it is, it retains its original form as a skeleton and is estimated and selected so as to wrap the absorbed substance.
一態様において、膨潤プロセスの最後には、工程(a)の全ての材料が吸収される。
あるいは、別の態様では、工程(a)の組成物は、シード粒子が材料を吸収する能力に対して過剰量で存在する。この場合、膨潤プロセスは、残っている組成物から膨潤した粒子を濾過などによって分離することが必要である。しかしながら、遠心分離及び磁気分離などこれらに限定されないが、他の分離法も存在する。続いて分離された粒子は、場合により界面活性剤の存在下で極性溶媒中に再び分散されて、これにより疎水性物質を個々の粒子に閉じ込める。
In one aspect, at the end of the swelling process, all the material of step (a) is absorbed.
Alternatively, in another embodiment, the composition of step (a) is present in an excess amount relative to the ability of the seed particles to absorb the material. In this case, the swelling process requires separating the swollen particles from the remaining composition, such as by filtration. However, other separation methods also exist, such as, but not limited to, centrifugation and magnetic separation. The subsequently separated particles are redispersed in the polar solvent, optionally in the presence of a surfactant, thereby trapping the hydrophobic material in the individual particles.
固定の次の工程では、ラジカル開始剤を活性化する。ラジカル重合を開始することにより、モノマーが重合する。具体的な態様では、モノマーは二種以上の異なるラジカル重合可能な化合物の混合物であり、さらに具体的な態様では、このうち少なくとも一つは鎖延長及び分岐機能を提供する。そのようなモノマーを重合すると、本質的に、元のシード粒子のポリマー材料と絡み合った新規に生成したポリマーマトリクスがもたらされる。シード粒子自体がラジカル重合可能な官能基をもつ場合、この基は重合反応にも関与することができる。 In the next step of fixation, the radical initiator is activated. The monomers are polymerized by initiating radical polymerization. In a specific aspect, the monomer is a mixture of two or more different radically polymerizable compounds, and in a more specific aspect, at least one of these provides chain extension and branching functions. Polymerizing such monomers essentially results in a newly produced polymer matrix that is intertwined with the polymer material of the original seed particles. If the seed particle itself has a radically polymerizable functional group, this group can also participate in the polymerization reaction.
重合の結果として、ポリマーの格子が生成し、これが今度は磁性流体の磁性ナノ粒子を安定してからませる。すなわち重合工程は、モノマーと一緒にシード粒子により吸収された物質を閉じ込める。 As a result of polymerization, a lattice of polymers is formed, which in turn stabilizes the magnetic nanoparticles of the magnetic fluid. That is, the polymerization process traps the material absorbed by the seed particles along with the monomer.
再現性のある結果に関しては、通常、重合反応は、重合反応が起きる動力学を制御できる制御された温度条件下で実施する。例示的な、スチレンとジビニルベンゼンを含む2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)で開始した重合反応の場合には、ラジカル開始剤を60℃で活性化し、反応は定められた時間点で70℃及び80℃への温度シフトを含む所定の時間の間実施する。 For reproducible results, the polymerization reaction is usually carried out under controlled temperature conditions that can control the kinetics of the polymerization reaction. In the case of an exemplary polymerization reaction initiated with 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile) containing styrene and divinylbenzene, the radical initiator is activated at 60 ° C. and the reaction is performed for a defined time. Perform for a predetermined time including a temperature shift to 70 ° C and 80 ° C.
重合反応完了後、磁性ポリマー粒子が得られ、次いでこれを重合反応混合物から分離し、これはさらに精製することができる。しかしながら、これらの工程は任意選択であって、本明細書で報告されるように、促進された逐次シード乳化重合の必要な態様及び／又は具体的な態様を表すものではない。従って、磁性粒子は、これらに限定されないが、濾過、遠心分離及び磁気分離などの様々な方法によって残存する反応混合物から分離することができる。粒子を固定するために磁場を適用することは、多くの場合、最も簡単な試みである。というのも、残存する液体は、磁性粒子から容易に排出することができるからである。特に、エタノールを用いる一つ以上のさらなる洗浄工程を使用して、磁性ポリマー粒子から残存するコロイド磁性ナノ粒子を除去することができる。続く水を用いる洗浄工程では、重合反応混合物に存在していた痕跡量の残存物質をさらに除去する。 After completion of the polymerization reaction, magnetic polymer particles are obtained which are then separated from the polymerization reaction mixture, which can be further purified. However, these steps are optional and do not represent the necessary and / or specific aspects of accelerated sequential seed emulsion polymerization as reported herein. Thus, the magnetic particles can be separated from the remaining reaction mixture by various methods such as, but not limited to, filtration, centrifugation and magnetic separation. Applying a magnetic field to fix the particles is often the simplest attempt. This is because the remaining liquid can be easily discharged from the magnetic particles. In particular, one or more additional washing steps with ethanol can be used to remove the remaining colloidal magnetic nanoparticles from the magnetic polymer particles. The subsequent washing step with water further removes the traces of residual material present in the polymerization reaction mixture.
精製した磁性ポリマー粒子を乾燥し、乾燥物質として貯蔵することができるか、これらを使用して懸濁液を製造し、それを貯蔵することもできる。
さらには、磁性ポリマー粒子のポリマー部分は、化学的に修飾し、官能基化することができる。その非限定的な実施例としては、粒子上の接触し易い部位にストレプトアビジンを共有結合することがある。
The purified magnetic polymer particles can be dried and stored as a dry substance, or they can be used to make a suspension and store it.
Additionally, the polymer portion of the magnetic polymer particles can be chemically modified and functionalized. As a non-limiting example, streptavidin may be covalently attached to a readily accessible site on the particle.
以下の実施例及び図面は、本発明を理解し易くするために提供するものである。本発明の真の範囲は請求の範囲に明記されている。本発明の開示の趣旨を逸脱することなく、手順変更が可能であることは理解される。 The following examples and figures are provided to facilitate the understanding of the present invention. The true scope of the invention is specified in the claims. It is understood that changes in procedure can be made without departing from the spirit of the present disclosure.
実施例１
約1.7μmの平均サイズの磁性粒子の製造
他に記載しない限り、全ての手順は、室温(約20℃)及びその他は周囲条件で実施した。0.98gのポリ(N-ビニルピロリドン)K30(PVP)及び0.13gのドデシル硫酸ナトリウムをそれぞれ水49mlに溶解し、この溶液を500mlフラスコに充填して混合した。さらに6.48gのジビニルベンゼン(98%純度)及び5.42gの濾過済(安定剤及び他の不純物を除去するため)スチレンを、絶えず攪拌しながら続いて混合物に添加した。0.35gの2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を12.62gのトルエンに溶解し、この溶液をフラスコの混合物に加えた。キャリヤ流体中の界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子と共に磁性流体2ml(Type EFH1、SmartPhysik.de製，ベルリン、ドイツ)を有機相に添加した。
Example 1
Production of magnetic particles with an average size of about 1.7 μm Unless otherwise stated, all procedures were performed at room temperature (about 20 ° C.) and otherwise at ambient conditions. 0.98 g of poly (N-vinylpyrrolidone) K30 (PVP) and 0.13 g of sodium dodecyl sulfate were each dissolved in 49 ml of water, this solution was filled into a 500 ml flask and mixed. An additional 6.48 g of divinylbenzene (98% pure) and 5.42 g of filtered (to remove stabilizers and other impurities) styrene were subsequently added to the mixture with constant stirring. 0.35 g of 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile) was dissolved in 12.62 g of toluene and this solution was added to the flask mixture. 2 ml of magnetic fluid (Type EFH1, from SmartPhysik.de, Berlin, Germany) was added to the organic phase together with surfactant-coated colloidal magnetic particles in a carrier fluid.
攪拌翼を備えるオーバーヘッドスターラーを１分当たり1000回転で使用し、混合物を１時間、分散して、水性(極性)連続相と疎水性不連続相をもつエマルションを形成した。このエマルションに、シードラテックス分散物5％[w/w]4.7mlを添加すると、分散物は、水に分散された粒径700nmの、重合した非架橋(即ち、非分岐)スチレンの粒子を含んでいた。シードエマルションは、室温で、１分当たり500回転で20時間攪拌した。 An overhead stirrer with stirring blades was used at 1000 revolutions per minute and the mixture was dispersed for 1 hour to form an emulsion with an aqueous (polar) continuous phase and a hydrophobic discontinuous phase. To this emulsion is added 4.7 ml of a 5% [w / w] seed latex dispersion, the dispersion comprising particles of polymerized uncrosslinked (ie unbranched) styrene of particle size 700 nm dispersed in water. It was out. The seed emulsion was stirred at room temperature for 20 hours at 500 revolutions per minute.
その後、水50mlに0.49gのPVPと0.05gのヨウ化カリウムとを含む溶液を添加し、さらに10分間、１分当たり500回転で攪拌した。その後、混合物の温度を60℃に上げた。１時間の間、１分当たり350回転で攪拌しながら、温度60℃を保持し、続いて70℃に上昇させ、さらに４時間、同一条件下で攪拌した。続いて温度を80℃に上げて、さらに2.5時間、同一条件下で攪拌した。 Thereafter, a solution containing 0.49 g of PVP and 0.05 g of potassium iodide was added to 50 ml of water, and the mixture was further stirred for 10 minutes at 500 revolutions per minute. The temperature of the mixture was then raised to 60.degree. While stirring at 350 revolutions per minute for 1 hour, the temperature was maintained at 60 ° C., subsequently raised to 70 ° C., and further stirred for 4 hours under the same conditions. The temperature was subsequently raised to 80 ° C. and stirred for another 2.5 hours under the same conditions.
その後、同一条件下で攪拌しながら、混合物を室温に放冷した。混合物は20μmポリエステルフィルターを通して濾過した。濾過画分(flow-through)から、磁性粒子は磁場に粒子を固定し、液体を排出し、続いてエタノールを用いる二つの洗浄工程、さらに水との数回の洗浄工程により分離した。 Thereafter, the mixture was allowed to cool to room temperature with stirring under the same conditions. The mixture was filtered through a 20 μm polyester filter. From the flow-through, the magnetic particles fixed the particles in a magnetic field, drained the liquid, and were subsequently separated by two washing steps with ethanol and several washing steps with water.
得られた磁性粒子のサイズは、動的光散乱により測定した。
実施例２
約1.2μmの平均径の磁性粒子の製造
他に記載しない限り、全ての手順は、室温(約20℃)及びその他は周囲条件で実施した。1.97gのポリ(N-ビニルピロリドン)K30(PVP)及び0.29gのドデシル硫酸ナトリウムをそれぞれ水190mlに溶解し、この溶液を500mlフラスコに充填して混合した。さらに13.68gのジビニルベンゼン(98%純度)及び5.42gの濾過済(安定剤及び他の不純物を除去するために)スチレンを、絶えず攪拌しながら続いて混合物に添加した。0.692gの2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を25.24gトルエンに溶解し、この溶液をフラスコの混合物に加えた。キャリヤ流体中の界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子と共に磁性流体2ml(Type EFH1、SmartPhysik.de製，ベルリン、ドイツ)を有機相に添加した。
The size of the obtained magnetic particles was measured by dynamic light scattering.
Example 2
Production of magnetic particles with an average diameter of about 1.2 μm Unless otherwise stated, all procedures were performed at room temperature (about 20 ° C.) and otherwise at ambient conditions. 1.97 g of poly (N-vinylpyrrolidone) K30 (PVP) and 0.29 g of sodium dodecyl sulfate were each dissolved in 190 ml of water, this solution was filled into a 500 ml flask and mixed. An additional 13.68 g of divinylbenzene (98% pure) and 5.42 g of filtered (to remove stabilizers and other impurities) styrene were subsequently added to the mixture with constant stirring. 0.692 g of 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile) was dissolved in 25.24 g toluene and this solution was added to the mixture in the flask. 2 ml of magnetic fluid (Type EFH1, from SmartPhysik.de, Berlin, Germany) was added to the organic phase together with surfactant-coated colloidal magnetic particles in a carrier fluid.
攪拌アンカーを備えるオーバーヘッドスターラーを１分当たり1200回転で使用し、混合物を20分間、分散して、水性(極性)連続相と疎水性不連続相をもつエマルションを形成した。次いで超音波発生装置(Hielscher S3 Sonotrode、80%振幅及び80%間隔設定)を使用して超音波を20分間適用したが、攪拌はしなかった。超音波処理後、この混合物は１分当たり300回転で20分間攪拌した。このエマルションに、シードラテックス分散物5％[w/w]9.4mlを添加すると、分散物は、水に分散された粒径700nmの、重合した非架橋(即ち、非分岐)スチレンの粒子を含んでいた。シードエマルションは、35℃で、１分当たり500回転で20時間攪拌した。 An overhead stirrer with stirring anchors was used at 1200 revolutions per minute and the mixture was dispersed for 20 minutes to form an emulsion with an aqueous (polar) continuous phase and a hydrophobic discontinuous phase. Ultrasound was then applied for 20 minutes using an ultrasonic generator (Hielscher S3 Sonotrode, 80% amplitude and 80% interval setting), but no agitation. After sonication, the mixture was stirred for 20 minutes at 300 revolutions per minute. To this emulsion, 9.4 ml of seed latex dispersion 5% [w / w] is added and the dispersion contains polymerized non-crosslinked (ie unbranched) styrene particles with a particle size of 700 nm dispersed in water. It was out. The seed emulsion was stirred for 20 hours at 35 ° C. and 500 revolutions per minute.
その後、水100mlに1gのPVPと0.1gのヨウ化カリウムとを含む溶液を添加し、さらに15分間、室温で１分当たり500回転で攪拌した。その後、混合物の温度を60℃に上げた。2時間の間、１分当たり100回転で攪拌しながら、温度60℃を保持し、続いて70℃に上昇させ、さらに３時間、同一条件下で攪拌した。続いて温度を80℃に上げて、さらに2.5時間、１分当たり250回転で攪拌した。 Thereafter, a solution containing 1 g of PVP and 0.1 g of potassium iodide in 100 ml of water was added, and the mixture was further stirred for 15 minutes at room temperature at 500 revolutions per minute. The temperature of the mixture was then raised to 60.degree. While stirring at 100 revolutions per minute for 2 hours, the temperature was maintained at 60 ° C., then the temperature was raised to 70 ° C., and stirring was continued for 3 hours under the same conditions. The temperature was then raised to 80 ° C. and stirred for an additional 2.5 hours at 250 revolutions per minute.
その後、同一条件下で攪拌しながら、混合物を室温に放冷した。混合物は最初に20μmポリエステルフィルターを通し、続いて10μmポリエステルフィルターを通し、次いで酢酸セルロース膜450nm細孔を通して濾過した。最後の濾過工程の間、粒子をエタノール洗浄した。粒子を水に再懸濁し、磁場を保持しつつ水で数回洗浄した。 Thereafter, the mixture was allowed to cool to room temperature with stirring under the same conditions. The mixture was first filtered through a 20 μm polyester filter followed by a 10 μm polyester filter and then filtered through a cellulose acetate membrane 450 nm pore. The particles were washed with ethanol during the final filtration step. The particles were resuspended in water and washed several times with water while maintaining the magnetic field.
得られた磁性粒子のサイズは、動的光散乱により測定した。
実施例３
磁性粒子からの鉄浸出の測定
実施例１又は実施例２の手順により製造した100mgの磁性粒子を水5mlに懸濁し、2mlの5M HClを懸濁液に添加して、混合した。この混合物をキュベットに移し、UV-Vis分光光度計(Cary(登録商標)50，Varian，Inc.)に設置した。動力学的測定は、30分間、450nmで30秒ごとに実施した。それぞれの測定の後、混合物をスパチュラで攪拌し、磁場を印加することにより磁性粒子をキュベット底に引きよせた。
30分後、上清中のFeCl2塩を示している450nmには吸収は全く検出されなかった。
The size of the resulting magnetic particles was measured by dynamic light scattering.
Example 3
Determination of Iron Leaching from Magnetic Particles 100 mg of magnetic particles prepared according to the procedure of Example 1 or Example 2 were suspended in 5 ml of water, 2 ml of 5 M HCl were added to the suspension and mixed. This mixture was transferred to a cuvette and placed in a UV-Vis spectrophotometer (Cary® 50, Varian, Inc.). Kinetic measurements were performed every 30 seconds at 450 nm for 30 minutes. After each measurement, the mixture was stirred with a spatula and the magnetic particles were pulled to the cuvette bottom by applying a magnetic field.
After 30 minutes, no absorption was detected at 450 nm indicating FeCl 2 salt in the supernatant.
Claims (11)
(a)以下の成分：
(i)ラジカル重合可能な液体モノマー、
(ii)前記モノマーに可溶性のラジカル開始剤、
(iii)立体安定剤、及び
(iv)前記モノマーと混和性のキャリヤ流体中に界面活性剤でコーティングしたコロイド磁性粒子を含む磁性流体、
を含む組成物を提供する；
(b)(A)前記モノマーと不混和性である極性溶媒、該極性溶媒はエマルションの連続相を形成する、及び
(B)工程(a)の組成物、前記モノマーとキャリヤ流体がエマルションの分散相を形成する、
からエマルションを調製する；
(c)疎水性シードポリマー粒子を前記エマルションに添加し、混合してシードエマルションを形成し、このシードエマルションをインキュベートすることにより、前記シードポリマー粒子を膨潤させる；
(d)前記ラジカル開始剤を活性化して、膨潤した前記シードポリマー粒子中のモノマーを重合する；
工程を含み、これにより磁性ポリマー粒子を製造する、前記方法。 A method for producing magnetic polymer particles comprising:
(a) The following ingredients:
(i) a radically polymerizable liquid monomer,
(ii) a radical initiator soluble in the monomer,
(iii) steric stabilizer, and
(iv) a ferrofluid comprising colloidal magnetic particles coated with a surfactant in a carrier fluid miscible with the monomer,
Providing a composition comprising:
(b) (A) a polar solvent that is immiscible with the monomer, the polar solvent forming a continuous phase of the emulsion, and
(B) the composition of step (a), wherein the monomer and carrier fluid form a dispersed phase of the emulsion;
Preparing an emulsion from
(c) adding hydrophobic seed polymer particles to the emulsion, mixing to form a seed emulsion, and incubating the seed emulsion to swell the seed polymer particles;
(d) activating the radical initiator to polymerize monomers in the swollen seed polymer particles;
A process comprising the steps of producing magnetic polymer particles.
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